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1、第一第一节节 大气的受大气的受热过热过程程一、大气的一、大气的组组成和垂直分成和垂直分层层氮：含量最多（氮：含量最多（78%）氧：含量第二（氧：含量第二（21%）二氧化碳：二氧化碳：（0.03%）臭氧：臭氧：干洁干洁空气空气 固体杂质：固体杂质：也主要集中在大气底层，陆上大于海上，午也主要集中在大气底层，陆上大于海上，午后大于早晨，冬季大于夏季。后大于早晨，冬季大于夏季。1、大气的组成：、大气的组成：水汽：水汽：水汽主要集中在大气底层，雨天大于晴天，水汽主要集中在大气底层，雨天大于晴天，低纬大于高纬，海上大于陆上低纬大于高纬，海上大于陆上2、大气各组分的作用：、大气各组分的作用：氮：氮：在大气
2、中含量最多，是生物体的基本成分在大气中含量最多，是生物体的基本成分 氧：氧：含量第二，是人含量第二，是人类类和一切生物和一切生物维维持生命活持生命活动动必需的物必需的物质质二氧化碳：二氧化碳：光合作用的基本原料，光合作用的基本原料，对对地面有保温作用地面有保温作用臭氧：臭氧：大量吸收紫外大量吸收紫外线线地球生命保地球生命保护伞护伞；少量有；少量有杀杀菌作用菌作用水汽水汽 成云致雨的必要条件成云致雨的必要条件雨后的空气是清新的雨后的空气是清新的固体杂质固体杂质（2）大气各成分的含量分析：）大气各成分的含量分析：干洁空气中各种气体所占比例基本上不变，但受人类活动影干洁空气中各种气体所占比例基本上不
3、变，但受人类活动影响而改变：响而改变：二氧化碳二氧化碳矿物燃料燃烧、毁林矿物燃料燃烧、毁林“温室效应温室效应”二氧化硫、氮氧化物二氧化硫、氮氧化物矿物燃料燃烧、交通矿物燃料燃烧、交通“酸雨酸雨”（1）大气各组成成分的作用）大气各组成成分的作用碳氢化合物和氮氧化合物碳氢化合物和氮氧化合物汽车尾气汽车尾气“光化学烟雾光化学烟雾”氟氯烃氟氯烃致冷剂的使用而排放，工业革命后才从无到有致冷剂的使用而排放，工业革命后才从无到有破破坏臭氧层，产生臭氧层空洞坏臭氧层，产生臭氧层空洞水汽随水汽随时间时间、地点和气象条件而、地点和气象条件而变变化。化。水汽主要集中在大气底水汽主要集中在大气底层层，夏季大于冬季，低
4、，夏季大于冬季，低纬纬大于高大于高纬纬，海上，海上大于大于陆陆上。如森林、水上。如森林、水库库水汽的三相水汽的三相变产变产生一系列天气生一系列天气现现象，并伴随象，并伴随热热量的吸收和量的吸收和释释放，放，直接直接影响地面和大气温度影响地面和大气温度；水汽吸收或放出；水汽吸收或放出长长波波辐辐射，有射，有“温室温室效效应应”，并反射太阳，并反射太阳辐辐射。射。固体固体杂质杂质多集中于大气底多集中于大气底层层，随地区、，随地区、时间时间和天气条件而和天气条件而变变。人人类类活活动动中：中：矿矿物燃料燃物燃料燃烧烧、工、工矿矿建筑、交通；森林有吸烟滞建筑、交通；森林有吸烟滞尘尘作用；城市大于作用；
5、城市大于乡乡村村雾雾和低云比郊区多和低云比郊区多产产生生“湿湿岛岛效效应应”自然界：气候干旱、大自然界：气候干旱、大风风固体固体杂质对杂质对太阳太阳辐辐射有反射、散射等削弱作用，并影响大气射有反射、散射等削弱作用，并影响大气质质量量1、大气的垂直分层、大气的垂直分层 对流层对流层平流层平流层高层大气高层大气-80C -50C -10C 20C 温度温度/C5020高度高度/Km大气温度的垂直变化大气温度的垂直变化 对流层：地面以上近对流层：地面以上近20千米千米问题：问题：1、为什么对流层气温的垂直变化随高度增加而递减？、为什么对流层气温的垂直变化随高度增加而递减？这对该层大气的垂直运动有什么
6、影响？这对该层大气的垂直运动有什么影响？（1）、地球大气的垂直分层）、地球大气的垂直分层 气温的垂直变化比较复杂，起初下降，到气温的垂直变化比较复杂，起初下降，到80千米以上又开千米以上又开始上升；由于接受的太阳辐射较强，大气电离，形成了电离层，始上升；由于接受的太阳辐射较强，大气电离，形成了电离层，这对地面上人类的无线电通讯产生了重要的影响。这对地面上人类的无线电通讯产生了重要的影响。气温随高度的增加而递减；大气垂直对流运动显著；有复气温随高度的增加而递减；大气垂直对流运动显著；有复杂多边的天气现象杂多边的天气现象 平流层：对流层对流层顶到平流层：对流层对流层顶到55千米千米问题：问题：1、
7、为什么平流层的大气温度随高度增加而递增？、为什么平流层的大气温度随高度增加而递增？2、平流层大气运动的主要特点是什么？、平流层大气运动的主要特点是什么？3、平流层有无复杂的天气现象？为什么？、平流层有无复杂的天气现象？为什么？气温随高度的增加而递增；大气以水平平流运动为主；在气温随高度的增加而递增；大气以水平平流运动为主；在25千米的高空，臭氧含量显著增加，形成了臭氧层。千米的高空，臭氧含量显著增加，形成了臭氧层。高层大气：从平流层顶一直到大气的上界高层大气：从平流层顶一直到大气的上界2、对流层中的逆溫现象、对流层中的逆溫现象 一般情况下，一般情况下，对对流流层层温度上冷下温度上冷下热热。但在
8、一定条件下，。但在一定条件下，对对流流层层的某一个高度范的某一个高度范围围内会出内会出现现气温随气温随高度增加而上升的现象高度增加而上升的现象(即下即下冷上热现象冷上热现象)，这种气温逆转的现象我们称之为，这种气温逆转的现象我们称之为“逆温逆温”。“逆温逆温”现象的原因现象的原因有很多种：有很多种：一是地面辐射冷却一是地面辐射冷却(辐射逆温辐射逆温)。下图表明了这种辐射逆温的生。下图表明了这种辐射逆温的生消过程。消过程。二是冷空气下沉二是冷空气下沉(地形逆温地形逆温)。在山谷与盆地区域，由于冷却的。在山谷与盆地区域，由于冷却的空气会沿斜坡流人低谷和盆地，因而常使山谷和盆地的辐射逆空气会沿斜坡流
9、人低谷和盆地，因而常使山谷和盆地的辐射逆温得到加强，往往持续数天而不会消失。温得到加强，往往持续数天而不会消失。三是空气平流三是空气平流(平流逆温平流逆温)。当暖空气水平移动到冷的地面或水。当暖空气水平移动到冷的地面或水面上，会发生接触冷却的作用。面上，会发生接触冷却的作用。逆温的发生规律逆温的发生规律：在山谷或盆地地形中特别是秋冬的夜晚最易：在山谷或盆地地形中特别是秋冬的夜晚最易发生，海洋寒洋流的海面上也经常出现。逆溫时多伴随有浓雾发生，海洋寒洋流的海面上也经常出现。逆溫时多伴随有浓雾图图a为正常气温垂直分布情形；在晴朗无云的夜间，地面辐射为正常气温垂直分布情形；在晴朗无云的夜间，地面辐射冷
10、却很快，贴近地面的气层也随之降温。离地面愈近，降温愈快，冷却很快，贴近地面的气层也随之降温。离地面愈近，降温愈快，离地面愈远，降温愈慢，因而形成了自地面开始的逆温离地面愈远，降温愈慢，因而形成了自地面开始的逆温(图图b)；随着地面辐射冷却的加剧，逆温逐渐向上扩展，黎明时达最强随着地面辐射冷却的加剧，逆温逐渐向上扩展，黎明时达最强(图图c)；日出后，太阳辐射逐渐增强，地面很快增温，逆温便逐；日出后，太阳辐射逐渐增强，地面很快增温，逆温便逐渐自下而上地消失渐自下而上地消失(图图d、e)。辐射逆温厚度从数十米到数百米，。辐射逆温厚度从数十米到数百米，在大陆上常年都可出现，以冬季最强。冬季夜长，逆温层
11、较厚，在大陆上常年都可出现，以冬季最强。冬季夜长，逆温层较厚，消失较慢。消失较慢。逆温的危害逆温的危害：由于逆温层的存在，造成对流层大气局部上热：由于逆温层的存在，造成对流层大气局部上热下冷，大气层结稳定，阻碍了空气垂直运动的发展，使大量烟下冷，大气层结稳定，阻碍了空气垂直运动的发展，使大量烟尘、水汽凝结物等聚集在它的下面，易产生大雾天气，使能见尘、水汽凝结物等聚集在它的下面，易产生大雾天气，使能见度变坏，尤其是城市及工业区上空，由于凝结核多，易产生浓度变坏，尤其是城市及工业区上空，由于凝结核多，易产生浓雾天气，有的甚至造成严重大气污染事件，如光化学烟雾等。雾天气，有的甚至造成严重大气污染事件
12、，如光化学烟雾等。例例题题例1 1：图图5-45-4中中图图甲表示近地面空气若上升到甲表示近地面空气若上升到3000m3000m高度高度时时，理，理论论温度温度为为T T。30003000米高空的米高空的实际实际温度温度为为TsTs，当，当TsTTsT时时近地面空气近地面空气上升将受阻，即出上升将受阻，即出现现了逆温了逆温现现象，象，读读某城市春季气温日某城市春季气温日变变化化图图读图读图乙回答：乙回答：(1)(1)若若TsTs稳稳定在定在-8-8，该该城市气温至少要上升城市气温至少要上升到到 以上以上时时，逆温逆温现现象才会象才会结结束，束，这这时时的的时间约为时间约为 时时。（2）一般逆温
13、结束后）一般逆温结束后2小时，近地面对流才能起到小时，近地面对流才能起到“净化净化”空空气的作用。所以，在图示的情况下，仅考虑空气洁净的因素，气的作用。所以，在图示的情况下，仅考虑空气洁净的因素，上午体育锻炼的时间宜选在上午体育锻炼的时间宜选在 时以后。时以后。例例2：通常近地面逆温层常出现在晴朗夜晚，至日出前后最厚。：通常近地面逆温层常出现在晴朗夜晚，至日出前后最厚。下图为下图为“春分日某地某时气温垂直分布图春分日某地某时气温垂直分布图”。读图完成以下各。读图完成以下各题题（1）.若若该该地地为为利利马马（12S，77W），），则则其近地面逆温其近地面逆温层层最厚最厚时约时约在北京在北京时间
14、时间（）A.6时时前后前后B.11时时前后前后C.14时时前后前后D.19时时前后前后（2）.假假设设此逆温此逆温层层常年存常年存在，此地附近有座山在，此地附近有座山顶终顶终年年积积雪的山，雪的山，则则此高山的海拔此高山的海拔估估计计至少在（至少在（）米以上）米以上A.3000米米 B.4000米米C.5000米米 D.6000米米1、大气热量来源、大气热量来源 太阳辐射是大气热量的根本来源太阳辐射是大气热量的根本来源 地面辐射是低层大气热量的直接来源地面辐射是低层大气热量的直接来源2、大气的热力作用、大气的热力作用 （1）大气对太阳辐射的削弱作用：）大气对太阳辐射的削弱作用：反射作用最强，吸
15、收作用最弱反射作用最强，吸收作用最弱吸收：吸收：有选择性。平流层中的臭氧与高层大气层的氧原子吸有选择性。平流层中的臭氧与高层大气层的氧原子吸收紫外线，水汽、二氧化碳吸收波长较长的红外线，又由于太收紫外线，水汽、二氧化碳吸收波长较长的红外线，又由于太阳辐射中能量最强部分集中在波长较短的可见光部分，大气直阳辐射中能量最强部分集中在波长较短的可见光部分，大气直接吸收太阳辐射很少。接吸收太阳辐射很少。反射：反射：无选择性，云层和较大颗粒，其中云的反射无选择性，云层和较大颗粒，其中云的反射作用最为显著。卫星云图上白色越浓，云层越厚，反射太阳光作用最为显著。卫星云图上白色越浓，云层越厚，反射太阳光最多。最
16、多。二、大气的受热过程二、大气的受热过程 散射散射：有选择性。空气分子和微小尘埃，蓝、紫色光最容易：有选择性。空气分子和微小尘埃，蓝、紫色光最容易被散射，所以晴朗天空呈现蔚蓝色。天空呈灰白色是因为太阳被散射，所以晴朗天空呈现蔚蓝色。天空呈灰白色是因为太阳光被较多尘埃和雾粒散射的缘故。光被较多尘埃和雾粒散射的缘故。削弱作用受太阳高度的影响削弱作用受太阳高度的影响：太阳高度大的地区太阳辐射经：太阳高度大的地区太阳辐射经过大气路程短，削弱得少。因此，太阳辐射由低纬向两极递减，过大气路程短，削弱得少。因此，太阳辐射由低纬向两极递减，一天中，正午时刻最强；一天中，正午时刻最强；阴雨天或多云天气时，大气的
17、削弱作用最强，故白天阴雨天阴雨天或多云天气时，大气的削弱作用最强，故白天阴雨天气时气温要比晴天低气时气温要比晴天低。（2）大气对地面辐射的吸收效应）大气对地面辐射的吸收效应地面辐射和大气辐射：物体温度高，辐射最强部分波长短。地面辐射和大气辐射：物体温度高，辐射最强部分波长短。太阳辐射波长小于地面辐射和大气辐射。太阳辐射波长小于地面辐射和大气辐射。太阳辐射为短波辐射，太阳辐射为短波辐射，地面辐射与大气辐射为长波辐射。地面辐射与大气辐射为长波辐射。大气对地面辐射的吸收：大气中大气对地面辐射的吸收：大气中水汽和二氧化碳水汽和二氧化碳能强烈吸收能强烈吸收地面长波辐射使大气能量增加；因此，地面长波辐射使
18、大气能量增加；因此，地面是低层大气能量的地面是低层大气能量的主要来源。主要来源。在这个过程中，大气以逆辐射的形式又把能量返还给地面，在这个过程中，大气以逆辐射的形式又把能量返还给地面，补偿了地面损失的热量，从而对地面其保温作用补偿了地面损失的热量，从而对地面其保温作用。阴雨或多云。阴雨或多云天气时，大气的保温作用更强，故大暴雨来临前，天气特别闷天气时，大气的保温作用更强，故大暴雨来临前，天气特别闷热，晚上多云时，气温比晴天高。热，晚上多云时，气温比晴天高。作用：大气的保温作用提高了夜间的气温，大气的削弱作用作用：大气的保温作用提高了夜间的气温，大气的削弱作用降低白天的气温，这样就减少了一天中气
19、温的日较差。降低白天的气温，这样就减少了一天中气温的日较差。太太阳阳地地 面面大大 气气宇宇 宙宙3、大气、大气热热力作用原理力作用原理应应用：运用大气用：运用大气热热力作用原理，可以分力作用原理，可以分析解决析解决许许多多实际问题实际问题：阴天的白天气温比较低的原因？阴天的白天气温比较低的原因？晴朗的天空为什么是蔚蓝色的？晴朗的天空为什么是蔚蓝色的？日出前的黎明和日落后的黄昏天日出前的黎明和日落后的黄昏天空空为为什么是明亮的？什么是明亮的？霜霜冻为冻为什么出什么出现现在晴朗的早晨（晴朗的夜晚气温低）？在晴朗的早晨（晴朗的夜晚气温低）？沙漠地区（晴天）为什么气温日较差大？沙漠地区（晴天）为什么
20、气温日较差大？青藏高原为什么是我国太阳辐射最强的地区？青藏高原为什么是我国太阳辐射最强的地区？4、全球的、全球的热热量平衡量平衡多年平均来看，地球（地面和大气）多年平均来看，地球（地面和大气）热热量收支平衡。量收支平衡。全球全球热热量平衡与人量平衡与人类类生存生存发发展的关系：第一、全球每年平均展的关系：第一、全球每年平均气温比气温比较稳较稳定，有利于人定，有利于人类类的生存与活的生存与活动动。第二、人。第二、人类类通通过过改改变变大气的大气的组组成或改成或改变变地面的地面的热热力状况，可以影响大气的力状况，可以影响大气的热热力作力作用用过过程，从而改程，从而改变变局部地区甚至是全球的气候。例
21、如：人局部地区甚至是全球的气候。例如：人类类向向大气中大量排放大气中大量排放 等温室等温室气体，使得大气热量的收支气体，使得大气热量的收支失去平衡，导致热量平衡失失去平衡，导致热量平衡失调，使全球变暖；调，使全球变暖；（1 1）、气温的日）、气温的日变变化：化：5、气温的日变化和年变化、气温的日变化和年变化太阳太阳辐辐射射大大陆陆海洋海洋最高最高值值6月月7月月8月月最低最低值值12月月1月月2月月太阳太阳辐辐射射地面温度地面温度大气温度大气温度最大最大值值正午正午12点点午后午后1点（点（热热量由量由盈余盈余转为转为亏亏损损的的时时候）候）午后午后2时时左右左右（热热量由盈余量由盈余转为转为
22、亏亏损损的的时时候）候）最小最小值值夜夜日出前后日出前后（2）、气温年、气温年变变化：（北半球化：（北半球为为例，南半球相反）例，南半球相反）6、气温的分布：、气温的分布：（1）气温的水平分布规律：）气温的水平分布规律：气温都从低纬向两极递减：在南北半球上，无论气温都从低纬向两极递减：在南北半球上，无论7月或月或1月，月，这是一般规律，因为低纬地区获得太阳辐射能量多，气温就高；这是一般规律，因为低纬地区获得太阳辐射能量多，气温就高；高纬地区获得太阳辐射能量少，气温就低。高纬地区获得太阳辐射能量少，气温就低。北半球同一纬度上，一月陆地等温线向南（低纬）凸出，海北半球同一纬度上，一月陆地等温线向南
23、（低纬）凸出，海洋上则向北（高纬）凸出。（洋上则向北（高纬）凸出。（7月份正好相反）。因为在同一纬月份正好相反）。因为在同一纬度上，冬季大陆气温比海洋低，夏季大陆气温比海洋高。度上，冬季大陆气温比海洋低，夏季大陆气温比海洋高。（2）、气温的垂直分布规律：）、气温的垂直分布规律：气温垂直递减率：海拔升高每气温垂直递减率：海拔升高每100米，气温降低米，气温降低0.6。例例3：读读某地近地面多年平均某地近地面多年平均热热量收入状况量收入状况图图分析回答：分析回答：（1）阴影）阴影反映近地面空气热量反映近地面空气热量 ，所以此段时间气温，所以此段时间气温呈呈 趋势。趋势。（2）曲线）曲线A表明了年内
24、的变化，表明了年内的变化，这种变化与这种变化与 年变化基本一致。年变化基本一致。（3）曲线）曲线B表明了表明了 年内年内的变化，这种变化与的变化，这种变化与 的的年变化基本一致。年变化基本一致。（4）该地位于）该地位于 半球。最半球。最高气温可能出现在高气温可能出现在 。例例4：如：如图图是是“地球大气地球大气热热量量传递传递与平衡与平衡”示意示意图图，回答：，回答：（1）冬半年的霜）冬半年的霜冻冻灾害灾害发发生在晴朗的夜生在晴朗的夜间间，这一原因与图中这一原因与图中是 A甲甲散射散射吸收吸收太阳太阳辐辐射射B地面吸地面吸收收乙乙C大大气气吸吸收收大气大气辐辐射射丙丙D甲、乙、丙的甲、乙、丙的
25、 过过程有关。程有关。（2）多云的白天比晴天气温低，）多云的白天比晴天气温低，原因是原因是 ，这这一原因与一原因与图图中中甲、乙、丙的甲、乙、丙的 过过程相关。程相关。（3）对对流流层层大气温度随高度的大气温度随高度的增加而增加而递递减，原因是减，原因是 ，这这一原因与一原因与图图中甲、乙、丙中的中甲、乙、丙中的 过过程有关。程有关。（4）一般情况下，多年平均而言，有）一般情况下，多年平均而言，有B=A+C+D，但是近若干年来，但是近若干年来，上述平衡被打破，上述平衡被打破，变变成了不等式，出成了不等式，出现这现这一一结结果的原因是果的原因是 ，这这种种趋势带趋势带来的具体危害是来的具体危害是
26、 。例例5 读如城秋季某夜前后垂直温度梯度（读如城秋季某夜前后垂直温度梯度（0C/100米）时空变米）时空变化图，完成后面两题。化图，完成后面两题。1该日发生大气逆温现象的时该日发生大气逆温现象的时段是段是 （）A当日当日17点前和第二天点前和第二天8点后点后B17时时23时时C16时时30分分7时时D23时时5时时2当该地大气发生逆温现象时当该地大气发生逆温现象时 （）A空气对流更加显著空气对流更加显著 B抑制污染物向上扩散抑制污染物向上扩散C有利于大气成云致雨有利于大气成云致雨 D减少了大气中臭氧的含量减少了大气中臭氧的含量（）该地区正受（）该地区正受天气系统的影天气系统的影响。若响。若P
27、处出现降水，则其降水形式应处出现降水，则其降水形式应为为。请在图中适当位置画出该天气。请在图中适当位置画出该天气例例6：读某地气温垂直分布图，回答下：读某地气温垂直分布图，回答下列问题：列问题：系统的剖面示意图（包括天气状况）。系统的剖面示意图（包括天气状况）。（）（）P是工业高度集中的城市。工业生产过程中排放大量的是工业高度集中的城市。工业生产过程中排放大量的烟尘和酸雨气体等，则：烟尘和酸雨气体等，则：工业排放的大气污染物对降水的影工业排放的大气污染物对降水的影响是响是 ；降水的影响是降水的影响是 。（）若图示天气系统向（）若图示天气系统向A方向移走，则方向移走，则P处空气质量是否会处空气质
28、量是否会明显改善？为什么？明显改善？为什么？例例7：下图表示某地地形剖面及对应的气候资料。读图回答：下图表示某地地形剖面及对应的气候资料。读图回答：（）夏季月均温最小值出现在海拔（）夏季月均温最小值出现在海拔米处。米处。（）冬季出现大面积逆温的两个地区中，地势起伏较大的位（）冬季出现大面积逆温的两个地区中，地势起伏较大的位于天山于天山侧。侧。（）海拔（）海拔2000米的高度上，南北两坡年降水量分别约为米的高度上，南北两坡年降水量分别约为250毫米和毫米和毫米，造成这种差异的原因是毫米，造成这种差异的原因是 。（）只考虑温度高低，则天山北麓牲畜过冬的牧场应位于海（）只考虑温度高低，则天山北麓牲畜过冬的牧场应位于海拔约拔约米以下。米以下。例例8读某城某日清晨低读某城某日清晨低层大气剖面图，回答：层大气剖面图，回答：（1）图中气温分布异常）图中气温分布异常部分是部分是中的中的 。（2）该城市当天发生）该城市当天发生重大的烟雾事件的气象原重大的烟雾事件的气象原因是因是；地形原因是；地形原因是 。